Por que os Loops de Comutação são Perigosos

Os enlaces redundantes tornam as redes mais confiáveis, mas, em uma rede comutada, podem criar um problema devastador: um loop de comutação. Um loop se forma quando há dois ou mais caminhos entre switches e os quadros circulam indefinidamente. Diferentemente de uma conexão lenta, um loop pode derrubar uma rede inteira em segundos. Esta lição explica como os loops se formam e por que são tão destrutivos.

Para entender os loops, relembre como os switches lidam com tráfego desconhecido ou de difusão. Quando um switch recebe um quadro de difusão ou um quadro destinado a um endereço que ainda não aprendeu, ele inunda o quadro por todas as portas, exceto aquela pela qual o quadro entrou. Essa inundação é normal e útil. Porém, quando há um loop na topologia, ela se transforma em um desastre descontrolado.

Suponha que dois switches estejam conectados por dois cabos, formando um loop. Uma difusão entra no Switch A, que a inunda para o Switch B pelos dois enlaces. O Switch B a inunda de volta para o Switch A pelos dois enlaces. O Switch A a inunda novamente, e o quadro se multiplica e circula sem nada que o detenha. Não há uma expiração incorporada a um quadro de camada 2 para encerrar o ciclo.

O resultado é uma tempestade de difusão: as cópias dos quadros se multiplicam de forma explosiva, saturando todos os enlaces. A largura de banda fica ocupada pelo tráfego em loop, as CPUs dos switches atingem picos ao tentar processar a inundação e o tráfego legítimo não consegue passar. Na prática, a rede para de funcionar. Um único loop pode paralisar um local inteiro em segundos, por isso os loops são tratados como emergências.

Os loops causam um segundo problema: instabilidade da tabela de endereços MAC. Um switch aprende em qual porta um dispositivo está com base no endereço de origem dos quadros recebidos. Quando quadros em loop chegam por várias portas, o switch muda continuamente de decisão sobre onde o dispositivo está, alternando a entrada entre as portas. Essa confusão corrompe as decisões de encaminhamento e agrava o caos.

Os roteadores evitam loops intermináveis porque os pacotes IP carregam um contador TTL (tempo de vida) que chega a zero e descarta o pacote. Porém, os quadros Ethernet de camada 2 não têm um campo TTL. Nada no próprio quadro faz uma contagem regressiva ou expira. Assim, um quadro em loop na camada 2 pode circular para sempre, até que alguém interrompa o loop ou um protocolo o impeça.

Raramente os loops são criados de propósito. Eles costumam acontecer por acidente: alguém conecta as duas pontas de um cabo de interconexão no mesmo switch, conecta duas tomadas de parede entre si ou conecta switches não gerenciáveis em cascata de forma incorreta. Como os sintomas aparecem de repente e afetam todos, os loops acidentais são uma causa clássica de um escritório inteiro perder a conectividade de uma só vez.

Os sinais de um loop incluem a rede inteira ficar extremamente lenta ou parar de funcionar, as luzes de status dos switches piscarem freneticamente e em conjunto e as CPUs dos switches apresentarem uso muito alto. Os pings atingem o tempo limite em toda a rede. Se a conectividade entrar em colapso logo depois que alguém moveu um cabo ou adicionou um dispositivo, suspeite de um loop e procure o caminho redundante recém-criado.

A solução imediata é interromper o loop desconectando o cabo redundante responsável pelo problema. Quando o segundo caminho desaparece, a inundação não tem por onde circular e a tempestade termina quase instantaneamente. Por isso, diante de uma interrupção total repentina, os técnicos muitas vezes começam desconectando os enlaces adicionados recentemente para verificar se a rede se recupera.

Não se deve depender das pessoas para evitar todos os loops, e a redundância é valiosa para a confiabilidade. A solução real é um protocolo automático que permita enlaces redundantes, mas bloqueie aqueles que formariam um loop, mantendo-os prontos como backups. Esse protocolo é o Protocolo de Árvore de Expansão, tema da próxima lição. Ele é a defesa padrão contra loops de comutação.

Os loops de comutação estão entre as falhas mais perturbadoras que uma rede pode sofrer e aparecem no exame Network+. Entenda a sequência: um caminho redundante leva à inundação; a inundação leva a uma tempestade de difusão e à instabilidade da tabela MAC; e, sem um TTL de camada 2, a tempestade não termina sozinha. É exatamente por isso que existe a prevenção de loops.

Teste seus conhecimentos sobre loops.

Um loop de comutação se forma quando caminhos redundantes permitem que os switches inundem difusões em círculo. Sem TTL nos quadros Ethernet de camada 2, o loop nunca termina, produzindo uma tempestade de difusão que satura os enlaces e eleva o uso das CPUs dos switches, além de causar instabilidade da tabela MAC à medida que as entradas alternam entre portas. Os loops costumam ser acidentais e podem paralisar um local inteiro em segundos. A solução duradoura é um protocolo automático de prevenção de loops: a Árvore de Expansão.